ICP-OES法測(cè)定飲用天然礦泉水中總硬度

馬興，張靜，于堯，鄭文杰

（天津出入境檢驗(yàn)檢疫局，天津300461）

ICP-OES法測(cè)定飲用天然礦泉水中總硬度

馬興，張靜，于堯，鄭文杰

（天津出入境檢驗(yàn)檢疫局，天津300461）

開展ICP-OES法間接測(cè)定飲用天然礦泉水中總硬度的方法研究。利用ICP-OES法直接測(cè)定飲用天然礦泉水中鈣和鎂離子的含量，然后通過相關(guān)計(jì)算得出待測(cè)樣品的總硬度值。結(jié)果表明，ICP-OES測(cè)定鈣的檢測(cè)限為7.8 μg/L，線性系數(shù)為0.9997，加標(biāo)回收率在98.1%～102.5%之間；測(cè)定鎂離子的檢測(cè)限為3.9 μg/L，線性系數(shù)為0.999 8，加標(biāo)回收率在98.5%～103.2%之間。結(jié)論ICP-OES法與國(guó)標(biāo)方法相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，并且ICP-OES法具有快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確高效、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

飲用天然礦泉水；電感耦合等離子體發(fā)射光譜；總硬度；鈣；鎂

總硬度是評(píng)價(jià)水質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。GB/T 8538-2008《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法的EDTA滴定法［1］。該方法操作復(fù)雜，檢出限高，對(duì)高鹽水體耐受性差，在去除其它離子干擾方面比較困難，并且需要用到劇毒的氰化鈉和三乙醇胺等化學(xué)試劑，對(duì)環(huán)境污染較大。GB11905-89《水質(zhì)鈣和鎂總量的測(cè)定原子吸收分光光度法》也提供了利用原子吸收法間接測(cè)定水中總硬度的方法［2］。但是該方法不能實(shí)現(xiàn)一次試驗(yàn)同時(shí)得出鈣和鎂濃度，并且鈣的檢測(cè)還需要加入氧化鑭等釋放劑消除干擾。通過大量試驗(yàn)探索，發(fā)現(xiàn)采用采用ICP-OES法可克服上述兩種檢測(cè)方法的缺點(diǎn)，并且ICP-OES法還具有快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確高效、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)［3-4］。

1　材料和方法

1.1儀器

Prodigy系列ICP-OES：LEEMAN公司（美國(guó)）；Milli-Q A10型超純水處理儀：Millipore公司（美國(guó)）。

1.2試劑

自制試驗(yàn)用超純水；70%硝酸（分析純電子級(jí)）；Ca、Mg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院生產(chǎn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)試劑（GBW），濃度為1 000 mg/L；Ca、Mg混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液：其中Ca濃度分別為0、1、2、5、10 mg/L；對(duì)應(yīng)Mg濃度分別為0、0.5、1、2、5 mg/L，介質(zhì)為2%硝酸；2%硝酸溶液（取2 mL硝酸，用水稀釋至100 mL）；高純氬。

1.3ICP-OES測(cè)定條件

ICP-OES儀器測(cè)定條件見表1。

表1　ICP-OES儀器測(cè)定條件Table 1The operating conditions of determination by ICP-OES

1.4樣品檢測(cè)

飲用天然礦泉水無(wú)色澄清，可加硝酸酸化后直接進(jìn)樣。水樣經(jīng)霧化器霧化后，由載氣帶入等離子體火炬，通過原子化、電離、激發(fā)和檢測(cè)等步驟后，與標(biāo)準(zhǔn)溶液體系相比較即可得出試樣中鈣和鎂離子的含量，最后通過換算得到待測(cè)樣品中總硬度。

2　結(jié)果與討論

2.1分析譜線選擇

對(duì)比鈣、鎂兩個(gè)元素多條譜線的背景輪廓及強(qiáng)度，選擇背景低、干擾小、信噪比高的譜線作為分析線。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終確定鈣的最佳譜線為371.933 nm，鎂的最佳譜線為279.533 nm。

2.2待測(cè)樣品酸度選擇

為避免檢測(cè)過程中鈣和鎂發(fā)生絮凝沉淀，在待測(cè)樣品中加入一定量的硝酸使溶液保持酸性。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，確定硝酸濃度在1%～10%范圍內(nèi)檢測(cè)結(jié)果并無(wú)顯著差異，實(shí)驗(yàn)過程中選定硝酸濃度為2%。

2.3線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢測(cè)限

ICP-OES測(cè)定鈣和鎂具有較寬的線性范圍，實(shí)驗(yàn)中以標(biāo)準(zhǔn)溶液中所含鈣、鎂元素濃度（mg/L）為橫坐標(biāo)（X），以光強(qiáng)計(jì)數(shù)為縱坐標(biāo)（Y），儀器數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)自動(dòng)處理繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；對(duì)試劑空白（2%硝酸溶液）連續(xù)測(cè)定11次，計(jì)算方法的檢出限，具體結(jié)果見表2。

表2　線性范圍、相關(guān)系數(shù)和檢測(cè)限Table 2Linear range，correlation coefficient and detection limit

從表2可以看出ICP-OES檢測(cè)鈣、鎂元素具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)大于0.999 5，符合檢測(cè)要求。

2.4精密度及回收率

隨機(jī)選取一瓶飲用天然礦泉水，按照前述檢測(cè)方法對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收和平行試驗(yàn)，每種元素添加高中低3種不同濃度水平，平行試驗(yàn)6次，計(jì)算各組試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率。具體試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3　準(zhǔn)確度與精密度Table 3Accuracy and precision

結(jié)果顯示，鈣元素的加標(biāo)回收率在98.1%～102.5%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.24%～3.21%之間；鎂元素的加標(biāo)回收率在98.5%～103.2%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.58%～2.34%之間。試驗(yàn)結(jié)果表明ICP-OES法測(cè)定鈣、鎂元素的準(zhǔn)確度和精密度良好。

2.5抗干擾試驗(yàn)

為驗(yàn)證ICP-OES檢測(cè)鈣、鎂元素的抗干擾效果，分別選擇鉀、鈉、鐵、錳、銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、硼和鈷12種元素進(jìn)行干擾試驗(yàn)。結(jié)果表明，各種干擾元素在10 mg/L以下時(shí)，均不會(huì)對(duì)鈣、鎂的測(cè)定產(chǎn)生影響。

2.6與國(guó)標(biāo)方法對(duì)比

利用ICP-OES法測(cè)定飲用天然礦泉水中鈣、鎂元素濃度后需經(jīng)過換算得出待測(cè)樣品中總硬度的含量（以CaCO3計(jì)，mg/L），其換算公式為：總硬度=（CCa/40+ CMg/24）×100，式中CCa和CMg分別為鈣和鎂元素的質(zhì)量濃度，單位為mg/L。利用ICP-OES法和EDTA滴定法分別測(cè)定6種飲用天然礦泉水中總硬度，結(jié)果是兩種檢測(cè)方法的測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差均小于5%。經(jīng)t檢驗(yàn)，兩種檢測(cè)方法差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4　ICP-OES法與EDTA滴定法對(duì)比情況Table 4Methods comparison of ICP-OES method and EDTA titration method

3　結(jié)論

通過儀器優(yōu)化、方法探索，確定了采用ICP-OES間接測(cè)定飲用天然礦泉水中總硬度的方法。結(jié)果證明，該方法與國(guó)標(biāo)EDTA滴定法比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，證明ICP-OES法可靠有效。并且，ICP-OES法具有試劑消耗少、快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確高效、抗干擾能力強(qiáng)、環(huán)境危害小等優(yōu)點(diǎn)，適用于飲用天然礦泉水中鈣、鎂元素濃度及總硬度的檢測(cè)。

［1］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.GB/T 8538-2008飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：12-13

［2］中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.GB11905-89水質(zhì)鈣和鎂總量的測(cè)定原子吸收分光光度法［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1991：1-4

［3］曹愛華，陳建文，林琳.應(yīng)用ICP-AES技術(shù)測(cè)定水總硬度的方法研究［J］.預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇，2009，10（15）：978-979

［4］鄧良利，林崢，譙斌宗.ICP-OES快速測(cè)定水中總硬度［J］.中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2003，13（1）：77-78

Determination of Total Hardness in Drinking Natural Mineral Water by ICP-OES

MA Xing，ZHANG Jing，YU Yao，ZHENG Wen-jie
（Tianjin Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Tianjin 300461，China）

To develop a method for determination of total hardness in water by ICP-OES.Methods The total hardness in water was determined indirectly.Firstly we determined the total content of Ca and Mg with ICPOES，then changing the results to total hardness.Results The detect limit of Ca was 7.2 μg/L，the linear correlation was 0.999 7，and the recovery rates was 98.1%-102.5%.The detect limit of Mg was 3.9 μg/L，the linear correlation was 0.999 8，and the recovery rates was 98.5%-103.2%.Conclusion There's no significant difference between the results of ICP-OES and national standard method.Also the ICP-OES method has the advantages of rapid，accurate，simple and little disturbance.

drinking natural mineral water；ICP-OES；total hardness；Ca；Mg

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.039

馬興（1987—），男（回），工程師，博士，研究方向：食品安全檢測(cè)。

2016-06-13